JP7441329B2 - 電子装置及び電子装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、発熱素子が実装された基板を有する電子装置及びその製造方法に関する。

特許文献１に開示される電子制御装置は、基板と、前記基板に電気的に接続されるはんだボールの配列を有する電子部品と、前記電子部品に対向する放熱台座を有する筐体と、前記電子部品と前記放熱台座の間に配置される熱伝導材と、を備え、前記熱伝導材は、前記電子部品の前記放熱台座側の第１の面の少なくとも１つの隅に配置されないことを特徴とする。

特開２０１７－１６２８６０号公報

ところで、ＢＧＡパッケージのマイクロコンピュータなどの発熱素子が実装された基板を有し、発熱素子と放熱部材との隙間を熱伝導材で埋める電子装置において、熱伝導材として、例えば、放熱グリスが用いられる。
なお、上記の放熱部材は、例えば、筐体に設けた放熱台座の部分である。
係る電子装置では、放熱グリスを放熱部材に塗布した後、発熱素子が実装された基板を放熱部材に組み付けることで、発熱素子と放熱部材との隙間を放熱グリスで埋める。

ここで、基板を放熱部材に組み付けたときに、放熱グリスが押し広げられ、発熱素子の領域からはみ出す場合があった。
そして、発熱素子の領域からはみ出した放熱グリスが、発熱素子の電極に付着すると、電極の歪み量が増大し、基板と発熱素子との電気的接続の信頼性を低下させるおそれがあった。

本発明は、従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、放熱グリスが発熱素子の電極に付着することを抑止できる、電子装置及びその製造方法を提供することにある。

本発明に係る電子装置によれば、その一態様において、発熱素子と放熱部材との隙間を埋める硬化型の放熱グリスを有し、前記放熱部材は、前記発熱素子に対向する面の前記発熱素子の周縁の外側となる位置に、前記放熱グリスの配置領域を矩形に囲む枠体を備え、前記枠体の４隅のうちの少なくとも１つに切り欠きを形成し、前記切り欠きの外側に、前記枠体で囲まれる領域よりも底面が低い、前記放熱グリスの溜まり部を設けた。
また、本発明に係る電子装置の製造方法によれば、その一態様において、前記枠体で囲まれる前記放熱部材の部分に、半液状の前記放熱グリスを塗布する第１工程と、基板を前記放熱部材にねじによって締結し、前記放熱部材と前記発熱素子との間に挟まれる前記放熱グリスを押し広げる第２工程と、を有する。

本発明によれば、放熱グリスが発熱素子の電極に付着することを抑止できる。

電子装置の分解斜視図である。 電子装置の組み立て製造における第１工程を示す図である。 電子装置の基板及びベースを示す斜視図である。 電子装置の組み立て製造における第２工程を示す図である。 電子装置の組み立て製造における第３工程を示す図である。 付着対策の第１態様を示す放熱台座及び基板の断面図である。 前記第１態様における放熱台座の斜視図である。 前記第１態様における放熱台座の上面図である。 付着対策の第２態様を示す放熱台座及び基板の断面図である。 前記第２態様における放熱台座の斜視図である。 前記第２態様における放熱台座の上面図である。 付着対策の第３態様を示す放熱台座及び基板の断面図である。 前記第３態様における放熱台座の斜視図である。

以下、本発明に係る電子装置及び電子装置の製造方法の実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、電子装置１００の一態様を示す分解斜視図である。
電子装置１００は、例えば、自動車に搭載される内燃機関や自動変速機などを制御する、マイクロコンピュータを備えた電子制御装置である。

電子装置１００は、カバー２００、基板３００、ベース４００からなる。
カバー２００及びベース４００は、アルミニウムなどの熱伝導性に優れた金属材料によって形成され、カバー２００とベース４００とは、基板３００を収容する筐体５００を構成する。

基板３００は、コネクタ３１０を備え、複数のねじ６００によってベース４００に締結される。
カバー２００とベース４００とは、防水シール材７００を接合面に挟んで組み付けられ、複数のねじ８００によって締結される。
カバー２００は、筐体５００の内部と外部との間での通気を可能にする通気孔２１０を備え、通気孔２１０にはフィルタ２２０が装着される。

次に、図２－図５にしたがって、電子装置１００の組み立て製造の各工程を概略的に説明する。
後述するように、電子装置１００は、基板３００に実装された発熱素子の熱をベース４００に設けた放熱台座を介して放熱する放熱構造を有し、発熱素子と放熱台座との隙間を埋める熱伝導材として放熱グリスを用いる。

図２は、第１工程としての放熱グリスの塗布工程を示す。
第１工程では、ベース４００の内側となる面に凹状に設けた、放熱部材としての放熱台座４１０に、塗布ノズル１０００を用いて放熱グリス１１００を塗布する。

放熱グリス１１００として、例えば、変性シリコーンなどのグリスをベースとして、熱伝導率の高い金属あるいは金属酸化物の粒子を混ぜ込んだものであって、組み付け後に硬化する放熱グリス、つまり、硬化型の放熱グリスを用いる。
なお、放熱台座４１０は、基板３００に実装される発熱素子の熱を、ベース４００を介して放熱させるために、発熱素子の位置及び形状に合わせて形成される。

図３は、基板３００に実装される発熱素子としてのマイクロコンピュータ３２０、及び、ベース４００の外側の形状を示す。
基板３００の放熱台座４１０と対向する面には、矩形の発熱素子であるマイクロコンピュータ３２０が実装される。

マイクロコンピュータ３２０は、例えば、矩形の樹脂製パッケージ上にボール状の電極が並んでいる、ＢＧＡ（Ball Grid Array）タイプのパッケージを採用したマイクロコンピュータである。
また、ベース４００の外側の面には、複数の放熱フィン４２０が一体的に形成されている。

図４は、第２工程としての基板３００の組み付け工程を示す。
第２工程では、放熱台座４１０に半液状の放熱グリス１１００を塗布したベース４００に対し、ねじ６００によって基板３００を締結する。
ここで、放熱台座４１０に塗布された放熱グリス１１００は、放熱台座４１０とマイクロコンピュータ３２０との間に挟まれて押し広げられ、放熱台座４１０とマイクロコンピュータ３２０との隙間が放熱グリス１１００によって埋められる。

図５は、第３工程としてのベース４００とカバー２００との組み付け工程を示す。
第３工程では、基板３００が締結されたベース４００に対し、接合面に防水シール材７００を挟んでカバー２００を組み付け、複数のねじ８００によって締結することで、電子装置１００を組み上げる。

上記第１工程における放熱グリス１１００の塗布においては、放熱グリス１１００の塗布重量を高精度に管理することは困難であり、放熱グリス１１００が放熱台座４１０からはみ出してマイクロコンピュータ３２０の電極に付着する懸念がある。
そして、電極に放熱グリス１１００が付着すると、電極の歪み量が増大し、基板３００とマイクロコンピュータ３２０との電気的接続の信頼性を低下させるおそれがある。

そこで、電子装置１００は、マイクロコンピュータ３２０の電極に放熱グリス１１００が付着することを抑止する付着対策として、放熱台座４１０の形状を工夫してある。
図６－図８は、付着対策の第１態様を示す。
図６は基板３００をベース４００に組み付ける過程での放熱台座４１０及び基板３００の断面図、図７は放熱台座４１０の斜視図、図８は放熱台座４１０の上面図である。

図６－図８に示した付着対策の第１態様では、マイクロコンピュータ３２０に対向する放熱台座４１０の底面４１１のマイクロコンピュータ３２０の周縁の外側となる位置に、放熱グリス１１００の配置領域を矩形に囲む枠体４３０を、底面４１１から突出する高さＨ１の壁状に形成し、また、枠体４３０の４隅に、壁の上部を切り取って高さをＨ１よりも低くした（詳細には、壁体を取り除いた）切り欠き４４０を形成してある。
なお、枠体４３０の４隅の全てに切り欠き４４０を形成した構造に限定するものではなく、枠体４３０の４隅のうちの少なくとも１つに切り欠き４４０を形成することができる。
例えば、枠体４３０の４隅のうち１つの対角線上に位置する２隅に切り欠き４４０を形成したり、枠体４３０の１つの辺の両端に位置する２隅に切り欠き４４０を形成したり、枠体４３０の４隅のうちの３隅に切り欠き４４０を形成したりすることができる。

ここで、枠体４３０の切り欠き４４０を除く１辺の長さＬＷ、換言すれば、高さＨ１の壁体４５０の長さＬＷが、対向するマイクロコンピュータ３２０のパッケージの１辺の長さＬＰよりも短くなるようにしてある。
換言すれば、対向するマイクロコンピュータ３２０のパッケージの１辺の長さＬＰよりも短い長さＬＷの壁体４５０を、放熱台座４１０の底面４１１のマイクロコンピュータ３２０の４辺の外側となる位置それぞれに立設させ、４つの壁体４５０で、放熱グリス１１００の配置領域を矩形に囲んでいる。

そして、壁体４５０が途切れた部分である切り欠き４４０は、枠体４３０内からの放熱グリス１１００の流出を許容する逃がし開口部として機能するようにしてある。
更に、切り欠き４４０の外側に、枠体４３０で囲まれる領域から流出した放熱グリス１１００を収容可能な収容部４４１を設けてある。換言すれば、切り欠き４４０から流出する放熱グリス１１００の流れ込みを許容する空間を、切り欠き４４０の外側に確保してある。

係る付着対策によると、放熱グリス１１００が基板３００によって押し広げられるときに、マイクロコンピュータ３２０のパッケージの中央から４辺に向けての放熱グリス１１００の広がりが枠体４３０を構成する壁体４５０で規制される。
一方、余分な放熱グリス１１００、つまり、マイクロコンピュータ３２０と放熱台座４１０との隙間を埋める量よりも多い分は、壁体４５０に案内されて４隅の切り欠き４４０に向けて流れ、４隅の切り欠き４４０から枠体４３０の外側に流出して収容部４４１に収容される。
ここで、壁体４５０の長さＬＷを、マイクロコンピュータ３２０のパッケージ長さＬＰよりも短くしたことで、マイクロコンピュータ３２０の電極３２１から放熱グリス１１００を遠ざけながら、余分な放熱グリス１１００を切り欠き４４０からスムースに流出させることができる。

これにより、マイクロコンピュータ３２０の電極３２１から放熱グリス１１００を遠ざけることができるため、マイクロコンピュータ３２０の電極３２１に放熱グリス１１００が付着することが抑止され、基板３００とマイクロコンピュータ３２０との電気的接続の信頼性を向上させることができる。
また、放熱グリス１１００を塗布したベース４００に基板３００を締結するときに、放熱グリス１１００を周囲に略均等に広げて、放熱グリス１１００に偏りが発生することを抑制できるため、高い放熱性を確保できる。

図９－図１１は、付着対策の第２態様を示す。
図９は基板３００をベース４００に組み付ける過程での放熱台座４１０及び基板３００の断面図、図１０は放熱台座４１０の斜視図、図１１は放熱台座４１０の上面図である。
図９－図１１に示した付着対策の第２態様では、マイクロコンピュータ３２０の周縁の外側となる位置であって、凹状に形成した放熱台座４１０の周囲の一段高い部分に、放熱グリス１１００の配置領域を矩形に囲む枠体４３０Ｂを、高さＨ２で突出する壁状に形成し、また、枠体４３０Ｂの４隅に、壁の上部を切り取って高さをＨ２よりも低くした（詳細には、壁体を取り除いた）切り欠き４４０Ｂを形成してある。

ここでも、枠体４３０Ｂの切り欠き４４０Ｂを除く１辺の長さＬＷ、換言すれば、高さＨ１の壁体４５０Ｂの長さＬＷが、対向するマイクロコンピュータ３２０のパッケージの１辺の長さＬＰよりも短くなるようにしてある。
つまり、第２態様においては、対向するマイクロコンピュータ３２０のパッケージの１辺の長さＬＰよりも短い長さＬＷの壁体４５０Ｂを、マイクロコンピュータ３２０の周縁の外側となる位置であって、凹状に形成した放熱台座４１０の周囲の一段高い部分にそれぞれ立設させ、４つの壁体４５０Ｂで、放熱グリス１１００の配置領域を矩形に囲んでいる。

そして、壁体４５０Ｂが途切れた部分である切り欠き４４０Ｂは、枠体４３０内からの放熱グリス１１００の流出を許容する逃がし開口部として機能するようにしてある。
更に、切り欠き４４０Ｂの外側に、枠体４３０Ｂで囲まれる領域から流出した放熱グリス１１００を収容可能な収容部４４１Ｂを設けてある。換言すれば、切り欠き４４０Ｂから流出する放熱グリス１１００の流れ込みを許容する空間を、切り欠き４４０Ｂの外側に確保してある。

係る付着対策の第２態様によっても、マイクロコンピュータ３２０の電極３２１に放熱グリス１１００が付着することが抑止され、基板３００とマイクロコンピュータ３２０との電気的接続の信頼性を向上させることができる。
また、放熱グリス１１００を塗布したベース４００に基板３００を締結するときに、放熱グリス１１００を周囲に略均等に広げて、放熱グリス１１００に偏りが発生することを抑制できるため、高い放熱性を確保できる。

図１２－図１３は、付着対策の第３態様を示す。
図１２は基板３００をベース４００に組み付ける過程での放熱台座４１０及び基板３００の断面図、図１３は放熱台座４１０の斜視図である。
図１１－図１２に示した付着対策の第３態様では、第１態様と同様に、マイクロコンピュータ３２０に対向する放熱台座４１０の底面４１１のマイクロコンピュータ３２０の周縁の外側となる位置に、放熱グリス１１００の充填領域を矩形に囲む枠体４３０を、底面４１１から突出する高さＨ１の壁状に形成し、また、枠体４３０の４隅に、壁体の上部を切り取って高さをＨ１よりも低くした切り欠き４４０を形成した。

更に、枠体４３０の外側を囲む環状の溝部４６０を形成し、係る溝部４６０の底面４６１を、放熱台座４１０の底面４１１よりも低くしてある。
上記の溝部４６０は、切り欠き４４０の外側に、枠体４３０内から流出する放熱グリス１１００を溜める溜まり部を形成する。
係る付着対策の第３態様によると、切り欠き４４０を介して枠体４３０の外部に流出した放熱グリス１１００を、溝部４６０内に留め置くことができ、マイクロコンピュータ３２０の電極３２１に放熱グリス１１００が付着することが抑止する作用をより高めることが可能になる。

上記実施形態で説明した各技術的思想は、矛盾が生じない限りにおいて、適宜組み合わせて使用することができる。
また、好ましい実施形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。

例えば、発熱素子はマイクロコンピュータに限定されず、本願発明に係る放熱構造は、電源回路などの発熱素子にも適用できる。
また、上記の付着対策の第３態様では、枠体４３０の外側を囲む環状の溝部４６０を形成したが、４個の切り欠き４４０の外側に相互に独立した凹陥部をそれぞれ形成し、溜まり部としての凹陥部に、切り欠き４４０から流出した放熱グリス１１００を流入させて溜め置くことができる。

また、例えば、凹状に形成した放熱台座４１０の底面４１１に枠体４３０を設け、更に、放熱台座４１０の周囲の一段高い部分にも枠体４３０を設けるなど、枠体４３０を多重に設けることができる。
また、放熱グリス１１００として、硬化しない放熱グリスを用いることができる。

また、切り欠き４４０として、枠体４３０の内外を連通させる貫通孔を壁体４５０に設けることができる。
また、壁体４５０を直線的に設ける構造に限定するものではなく、例えば、壁体４５０の中央が枠体４３０の内側に向けて迫り出した形状とすることで、放熱グリス１１００を切り欠き４４０に向けて案内する機能を向上させることができる。

１００…電子装置、２００…カバー、３００…基板、３２０…マイクロコンピュータ（発熱素子）、４００…ベース、４１０…放熱台座（放熱部材）、４３０…枠体、４４０…切り欠き、４４１…収容部、４５０…壁体、４６０…溝部（溜まり部）、５００…筐体、１１００…放熱グリス（熱伝導材）

Claims (8)

1. 電子装置であって、
   矩形の発熱素子が実装された基板と、前記発熱素子に対向する位置に配置された放熱部材と、前記発熱素子と前記放熱部材との隙間を埋める硬化型の放熱グリスと、を有し、
   前記放熱部材は、前記発熱素子に対向する面の前記発熱素子の周縁の外側となる位置に、前記放熱グリスの配置領域を矩形に囲む枠体を備え、前記枠体の４隅のうちの少なくとも１つに切り欠きを形成し、
   前記切り欠きの外側に、前記枠体で囲まれる領域よりも底面が低い、前記放熱グリスの溜まり部を設けた、
   電子装置。
2. 請求項１記載の電子装置であって、
   前記溜まり部は、前記枠体の外側を囲む環状の溝である、
   電子装置。
3. 請求項１記載の電子装置であって、
   前記発熱素子は、ＢＧＡタイプのパッケージである、
   電子装置。
4. 請求項１記載の電子装置であって、
   前記枠体の４隅それぞれに前記切り欠きを形成してなり、
   前記枠体の前記切り欠きを除く１辺の長さが、対向する前記発熱素子の１辺の長さよりも短い、
   電子装置。
5. 電子装置であって、
   矩形の発熱素子が実装された基板と、前記発熱素子に対向する位置に配置された放熱部材と、前記発熱素子と前記放熱部材との隙間を埋める硬化型の放熱グリスと、を有し、
   前記放熱部材は、前記基板の筐体の一部をなし、前記発熱素子に対向する領域に形成された前記発熱素子の放熱台座を備え、
   前記放熱台座は、前記発熱素子に対向する面の前記発熱素子の周縁の外側となる位置に、前記放熱グリスの配置領域を矩形に囲む枠体を備え、前記枠体の４隅のうちの少なくとも１つに切り欠きを形成し、前記切り欠きの外側に、前記枠体で囲まれる領域から流出した前記放熱グリスを収容可能な収容部を有する、
   電子装置。
6. 請求項５記載の電子装置であって、
   前記発熱素子は、ＢＧＡタイプのパッケージである、
   電子装置。
7. 請求項５記載の電子装置であって、
   前記枠体の４隅それぞれに前記切り欠きを形成してなり、
   前記枠体の前記切り欠きを除く１辺の長さが、対向する前記発熱素子の１辺の長さよりも短い、
   電子装置。
8. 請求項１記載の電子装置を製造するための電子装置の製造方法であって、
   前記枠体で囲まれる前記放熱部材の部分に、半液状の前記放熱グリスを塗布する第１工程と、
   前記基板を前記放熱部材にねじによって締結し、前記放熱部材と前記発熱素子との間に挟まれる前記半液状の放熱グリスを押し広げる第２工程と、
   を有する、電子装置の製造方法。

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